电沉积制备Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层的研究
Ni-Al2O3复合镀层的组织形貌与性能
多研究 者 的关 注 和研究，并在 某些 工业 领域 中得到 ２ 实 验 结果 与 分 析 应 用 ．纳 米 材料 具有 的优 宜 的 特殊 性 使人 们 积 极 ２ １ 镀层 的表面 形貌观 察与 组织分析 ．
的将 纳米材 料应用 到复合 镀技术 上 ， 将纳 米材 料和
中图分 类号： Ｑ１３ Ｔ ５
文献标识 码：Ａ
文章编 号： ０ ０—１４ （０ ６ ０ ０ ４ ０ １０ ８ ０ ２ ０ ）４— ０ ６— ３
衷 ｌ电 镀 液成 分 和 工 艺 参数
复 合 电沉 积 是在 一 般 金属 电镀 液 中加 入 一种 或数种 不溶性 非金属 固体 颗粒，并经 搅拌使 颗粒充 电镀液成分 分悬 浮于镀 液， 其 与金属 （ 使 或合金 ） 共沉 积而得 到 复合 镀 层 的一 种 工艺 ．由于加 入 的 固体颗 粒 为 陶 瓷 、有 机物等 ，因此 与不同金 属基体 结合 后可得 到 多 种具 有 不 同功 能 的 复合 镀层 ．同 时复合 电沉 积 技术具 有成 本低廉 、工艺 简单等 优点，受 到越来 越
维普资讯
２０ ０ ６年 １ 月 １
吉 林 师范 大 学 学报 （ 自然科 学 版 ）
№
４
第 ４ 期
Ｊｕｎｌ ｆ ｉｎＮ ｒ ｌ ｎｖｒ ｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ｌ ｏ ｉ ｓ ｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｊｉ ｍａ Ｕ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉ
日
窆
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化作用增强，使得镀层微粒附近 的金属晶格歪曲， 晶粒按照原来方向的生长变得困难， 为了使体系的
能量最 低 ， 晶面 出现 了新 的则 优生 长 ， （ １）和 即 １１ （２ ） 射峰加 强 ，２ ０ 衍 射 峰减小 ． （ １ 和 ２０ 衍 （０ ） 而 １ ） １ （２ ）加 强 有 利 于硬 度 的提 高 ， 由于复 合 镀 层 中 ２０ Ａ ， Ｉ 含量 过低 ，３ １衍 射峰很 小 ． ０ （１）
纳米复合镀层的研究历程
关
键
词： 纳米粒 子 ；复合镀 层 ；复合 电沉积 ； 学复合 镀 ； 化 耐磨 性 ； 腐蚀性 耐
文 献标 识码 ： Ａ
中图分类 号 ： Ｑ ５ ．９ Ｔ １ ３ １
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｏ ｒ ｅ ｏ ｅ ｔ ０ ｅ Ｏ ｉｅ ｎ ｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｕ ｓ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ｄ ａ ｄ Ｅｌ ｃ ｒ ｌ ｓ Ｎａ ｏ ｏ ｐ ｓｔ ａ ｉ ｓ ｎ ｃ ｍ ｏ ｉｅ Ｃｏ ｔ ｎｇ
２ １ 年６月 ０２
电 镀 与 精 饰
第 ３ 卷第 ６ 总 ２１ ４ 期（（ ０ ２ ０ －０ ５ ０ １０ －８ ９ ２ １ ） ６０ ２ － ５
纳 米 复 合 镀 层 的 研 究 历 程
郭 崇 武
（ 广州 超邦 化工 有 限公 司 ， 广东 广州 ５０６ ） １４０
ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅ；ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔｎ ｅ
引 言
纳米 材料是 ２ ０世纪 ８ ０年代发 展起 来 的新 型材
镀 层 。与普 通复合 镀 层 相 比， 类镀 层 具 有 更优 异 这 的性能 ， 因而 制备 纳米 复合 镀 层 已经 成 为 近 年来 国 内外竞 相 研 究 的 热 点 。 目前 已 经 制 备 出多 种 具 有 不 同功 能 的纳米 复合 镀 层 ， 分 工 艺 已应 用 于 生产 部 实践 中。制 备 纳 米 复 合 镀 层 可 以 提 高 金 属 或 合 金 耐磨损 、 耐擦 损 和抗 蠕 变 的性 能 ， 高 耐 腐 蚀性 、 提 高 温强度 和 高温 抗 氧化 性 ， 为 干性 自润 滑 镀 层 、 作 电
高频脉冲电沉积Ni-SiC纳米复合镀层的制备及性能研究的开题报告
高频脉冲电沉积Ni-SiC纳米复合镀层的制备及性能研究的开题报告一、选题背景近年来，由于机械、航空、航天等领域的快速发展，表面处理方面的要求也越来越高。
表面复合材料技术作为一种新型材料制备方法，具有独特的优势，已经成为了研究的热点。
对于镍基材料来说，常用的复合材料为Ni-WC、Ni-Cr3C2、Ni-Al2O3等，但由于硬度和抗磨性等性能的限制，其应用领域受到了较大的限制。
而Ni-SiC复合材料由于具有优异的耐磨、耐蚀性以及优异的机械性能，已经成为了广泛研究的热点，目前已经有许多研究集中于该材料的制备与性能研究。
其中，高频脉冲电沉积技术作为一种新型的沉积技术已越来越受到人们的关注和青睐。
二、研究内容和方法1、研究内容本文将采用高频脉冲电沉积技术，对Ni-SiC纳米复合材料进行制备。
在此基础上，通过SEM、XRD、FESEM等手段对所制备的纳米复合镀层进行表征，探究复合镀层的沉积成分、晶体结构以及表面形貌等性质。
并且，对于复合镀层的耐磨性、硬度、摩擦学特性等性能进行测试和分析，以验证其在实际应用中的可行性。
2、研究方法(1) 镀液的制备：制备含有特定添加剂的Ni-SiC纳米复合镀液。
(2) 镀层的沉积：采用高频脉冲电沉积技术，对在预先清洗后的基材上进行Ni-SiC纳米复合镀层的制备。
(3) 镀层性能的测试：采用SEM、XRD、FESEM等手段对所制备的纳米复合镀层进行表征，并且对其耐磨性、硬度、摩擦学特性等性能进行测试和分析。
三、研究意义通过本文的研究，可以对Ni-SiC纳米复合材料的制备以及高频脉冲电沉积技术更深入地了解。
此外，该研究可以为工业领域的硬质材料制备提供一种新的方法，使其在机械、航空、航天等领域的应用范围更加广泛。
电沉积镍—碳钠米管复合镀层的工艺研究
Ｃｏ ｍｐ ｓｔ ｅ ｔ ｏ ｅ ｏ ｉｅ ｆ Ｎｉ ｋ ｌ— ｏ ｉｅ Ｅｌ ｃ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ｓ ｏ ｃ ｅ —Ｃａ ｂ ｎ Ｎａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｎｏ ｕｂ ｓ
Ｃ Ｎ Ｘｉｏ ｈ ａ。ＷＡ ＨＥ ａ－ｕ ＮＧ Ｊａ －ｉｎ ｉｎ ｘｏ ｇ。１ Ｘｕ － ｉｎ。１ Ｓ ａ －ｕ，ＤＥ ２ ｅｑａ ２ ｈ ｏ ｌ ＮＧ Ｆｕｍｉｇ。Ｃ ＮＧ Ｆ ｎ － ｉｎ － ｎ ＨＥ ｅ ｇｑｎ ｇ
ｆｏ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｒｍ ｌ ｕ ａ ｅ． １ ｆ
【 ｙ ｏｄ］ Ｋｅｗ ｒｓ
Ｅｅｔｄｐｓｅ；Ｃｒ ｎｎｎｔ ｅ Ｃｍ ｏｉ ｏｔｇ ｌ ｒ ｅｏｉｓ ａ ｏ ａｏ ｂｓ；ｏ ｐｓｅｃａｎ ｃｏ ｔ ｂ ｕ ｔ ｉ
０ 引言
复合电沉 积技术是近年来发展起来 的一项新 技 术， 是材料表面强化的一种手段 ， 具有其独特的优 点： 微粒 与基质 金属 的选用 范 围宽 ， 生产设备 简单 ， 操作 方 便， 镀层厚度 、 组合含量在一定范 围内可随意选 择， 易 于控制。因此， 复合 电沉积技术为改变或调节材料的 机械 、 物理 和化 学 性 能 ， 提供 了极 大 的 可 能性 和 多 样 性 。碳纳 米管 （ Ｎ ｓ由于其 管径 为纳 米 级 ， Ｃ Ｔ） 而且 为 自 组装单分子体系 ， 在理论上已得出其杨 氏模量平均为 １８ Ｐ， 曲强 度 为 １．Ｇ ａ 显示 出超 高 的 强度 和 ．Ｔ ａ弯 ４２ Ｐ …， 韧性 ， 奠定了制备超强复合材料 基础。 目前碳 纳米管 作为增强相制备金属基或高分子基复合材料 。 初 。， 步体现 出了优异的力学性能。而作为表面技术的复合 镀层已得到广泛应用 ， 若将碳 纳米管加入到镀层中将
［ 收甍 日 】 ０￣９ ２ 期 ２ １ － ０ ２ ［ 基盘项目】 国家 自然科学基盒资助项 目（ ９ ￣１。 ５７ ） ９２
脉冲电镀镍-纳米氧化铝复合镀层及其组织结构与性能表征
脉冲电镀镍-纳米氧化铝复合镀层及其组织结构与性能表征任鑫;李岩帅;冯毅毅;刘耀汉;齐鹏涛;王朝阳【摘要】采用脉冲电镀法在Q235钢上制备了Ni-纳米Al2O3复合镀层.通过正交试验得到最佳工艺条件为:六水合硫酸镍234 g/L,六水合氯化镍30 g/L,硼酸35g/L,十二烷基硫酸钠0.6 g/L,糖精1 g/L,纳米Al2O310 g/L,pH 3.5,电流密度2A/dm2,占空比60%,频率1000 Hz,温度40 ℃,搅拌速率200 r/min,时间60 min.在最佳工艺条件下所得Ni-纳米Al2O3复合镀层表面平整、致密,晶粒细小,弥散分布着纳米Al2O3,显微硬度、耐磨性和耐蚀性都比Ni镀层好.%A Ni-nano-Al2O3composite coating was prepared on Q235 steel by pulse electroplating. The optimal process conditions were obtained by orthogonal test as follows: nickel sulfate hexahydrate 234 g/L, nickel chloride hexahydrate 30 g/L, boric acid 35 g/L, sodium dodecyl sulfate 0.6 g/L, saccharin 1 g/L, nano-Al2O310 g/L, temperature 40 ℃, pH 3.5, current density 2 A/dm2, duty cycle 60%, frequency 1 000 Hz, stirring rate 200r/min, and time 60 min. The Ni-nano-Al2O3 composite coating obtained thereunder is smooth and compact with fine grains and dispersively distributed nano-Al2O3 particles, and has higher microhardness and better resistance to wear and corrosion than a pure Ni coating.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】4页(P193-196)【关键词】镍;氧化铝;复合镀层;脉冲电镀;微观结构;显微硬度;耐磨性;耐蚀性【作者】任鑫;李岩帅;冯毅毅;刘耀汉;齐鹏涛;王朝阳【作者单位】辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000【正文语种】中文【中图分类】TQ153.2电镀Ni层因具有良好的力学性能和化学稳定性而被广泛应用于汽车、仪器仪表、日用五金等领域[1]。
镁合金电镀Ni—Al2O3薄膜的研究
ＶＯ Ｉ ． ３ ４ Ｎｏ ． １
了基 质金 属 晶体 的 自由结 晶过 程 ， 影响 了结 晶取 向 ，
从 而导致 晶粒 形态 改变 。 综上 所述 ， 电 极 的 放 置 方 式 影 响 了 电镀 Ｎｉ — Ａｌ Ｏ 。 薄 膜 的形 貌 和 晶粒 形态 。而形 貌 和 晶粒形 态
与环 保 ， ２ ０ ０ ３ ， ２ ３ （ ３ ） ： １ ４ １ ５ ．
４ 结 论
（ １ ）影 响镀 层 耐磨性 的 因素顺 序 为 Ｂ Ｃ的粒径
＞Ｂ Ｃ 的质 量 浓 度 ＞ Ｆ ｅ Ｃ １ 。・ ４ Ｈ Ｏ 的质量 浓度 。 （ ２ ）影 响镀 层 厚 度 的 因 素 顺 序 为 Ｆ ｅ Ｃ １ ・４ Ｈ Ｏ 的质 量浓度 ＞Ｂ Ｃ的粒径 ＞Ｂ Ｃ的质量 浓度 。
Ｅ ２ ］ Ｂ Ａ１ Ａ， ＨＵ Ｃ Ｃ ．Ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｄ ｉ ｒ ｏ ｎ — — ｇｒ ｏ ｕ ｐ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ — 。 ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕｔ
护， ２ ０ ０ ６ ， ３ ９ （ ４ ） ： ２ ９ — ３ ｌ ＿
（ ３ ）影 响镀层 显微 硬度 的 因素顺 序为 Ｂ Ｃ的质 量浓 度＞Ｂ Ｃ的粒径 ＞Ｆ ｅ Ｃ １ ・ ４ Ｈ。 Ｏ 的质 量浓 度 。
（ ４ ）调整 ｐ Ｈ 值 能 够 获 得 规 整 的镀 层 外 观 ； 在
摘要： 采 用 电镀 方 法对镁 合金 进行 表 面镀膜 处理 ， 间接提 高其硬度 和 耐蚀性 。借 助硬 度计 和浸 泡 法对表 面
磁场对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响
表面技术第53卷第2期磁场对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响项腾飞1,2,3，任黄威1，周军2，张世宏3*（1.安徽工业大学 建筑工程学院，安徽 马鞍山 243002；2.中钢天源股份有限公司，安徽 马鞍山 243002；3.先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室，安徽 马鞍山 243002）摘要：目的研究不同磁场参数对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响。
方法以烧结钕铁硼（NdFeB）为基体，采用磁场辅助电沉积方法在其表面镀覆Ni层。
利用扫描电镜（SEM）、EDS能谱仪、X射线衍射仪（XRD）分析镀层的表面形貌、元素组成和微观结构，通过电化学工作站对Ni镀层进行耐蚀性能研究。
结果施加磁场能显著改善镀层的表面形貌，表面镀层形貌更加均匀致密；试样的耐蚀性显著提高，在平行磁场方向下，当磁场强度为0.07 T时电沉积30 min，所得Ni镀层自腐蚀电位（E corr）为–0.193 V，自腐蚀电流密度（J corr）为8.305×10–7 A·cm–2，阻抗值达到3.882×104Ω·cm2，耐蚀性最好。
结论施加磁场后，镀层性能得到改善，平行磁场作用下Ni镀层更加均匀细致，其耐蚀性最优，垂直磁场次之，均优于无磁场作用下制备的Ni镀层。
关键词：烧结钕铁硼；电沉积；磁场强度；表面形貌；耐蚀性中图分类号：TG174.441 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)02-0088-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.02.008Effect of Magnetic Field on Properties of ElectrodepositedNi Coating on NdFeB SurfaceXIANG Tengfei1,2,3, REN Huangwei2, ZHOU Jun1, ZHANG Shihong3*(1. School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Technology, Anhui Ma'anshan 243002, China;2. Sinosteel Tianyuan Co., Ltd., Anhui Ma'anshan 243002, China;3. Key Laboratory of Green Fabrication andSurface Technology of Advanced Metal Materials, Ministry of Education, Anhui Ma'anshan 243002, China)ABSTRACT: NdFeB is widely applied in many fields such as new energy vehicles, domestic appliances, electronics and so forth. However, the corrosion of NdFeB limits its service life in these fields. Thus, surface treatments are necessary for NdFeB, among which electrodeposition is one of the most useful techniques due to its simple process, convenient operation and low cost. In recent years, the technology of magnetic field electrodeposition (MFE) develops rapidly. Scientists find that the existence of magnetic field exhibits large effect on electrodeposition coatings. However, the MFE is rarely applied on NdFeB.Herein, the MFE technique was adopted to deposit a metallic Ni coating on the NdFeB surface.In this paper, the effect of magnetic field on the properties of the electrodeposited Ni coating on the NdFeB surface was studied systematically. Before deposition, the NdFeB was first decreased by 5 g/L sodium hydroxide, 50 g/L anhydrous sodium收稿日期：2022-09-19；修订日期：2023-06-14Received：2022-09-19；Revised：2023-06-14基金项目：国家自然科学基金（52201056）；安徽省高校自然科学研究重点项目（KJ2021A0377）Fund：National Natural Science Foundation of China (52201056); Key Project of Natural Science Foundation of Anhui Provincial Department of Education (KJ2021A0377)引文格式：项腾飞, 任黄威, 周军, 等. 磁场对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(2): 88-96.XIANG Tengfei, REN Huangwei, ZHOU Jun, et al. Effect of Magnetic Field on Properties of Electrodeposited Ni Coating on NdFeB Surface[J]. Surface Technology, 2024, 53(2): 88-96.*通信作者（Corresponding author）第53卷第2期项腾飞，等：磁场对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响·89·carbonate, 75 g/L anhydrous trisodium phosphate and 0.5 g/L OP emulsifier for 10 min at 70 ℃. Then, 40 mL/L nitric acid was used for derusting the resultant NdFeB sample, which was afterwards activated by 30 mL/L hydrochloric acid at ambient temperature. At last, a Ni layer was electrodeposited on the sintered NdFeB surface by magnetic field electrodeposition with ultrasound assistance. It was worth noting that the current density was firstly set as 4 A/dm2 for 1 min to pre-deposit a fresh Ni layer and then immediately adjusted to 2.5 A/dm2 and kept for 30 min. The magnetic field direction was regulated by changing the direction of the sample while the magnetic field intensity was adjusted by adding NdFeB permanent magnet material. The surface morphology of coatings was investigated with a scanning electron microscope (SEM) while the component of coatings was analyzed with an equipped energy dispersive spectrometer (EDS). Besides, the microstructure of the coatings was characterized with an X-ray diffraction (XRD) from 10° to 80° with a scanning rate of 2°/min and the thickness of the coatings was measured with a thickness gauge. The corrosion resistance of the Ni coating was studied through an electrochemical workstation.The results showed that the surface morphology of the coating could be significantly changed by applying a magnetic field, and had slight effect on the thickness of the coating. More importantly, corrosion resistance of the coating was remarkable improved. The morphology of the coating was uniform and compact; the roughness of coatings was decreased under MFE; the thickness of the coating stated at 9-11 μm. The self-corrosion potential (E corr), self-corrosion current density (J corr) and impedance value of the Ni coating electrodeposited for 30 min under the parallel magnetic field with 0.07 T were –0.193 V,8.305×10–7 A·cm–2 and 4.050×104Ω·cm2, respectively. It showed the best temperature resistance and corrosion resistance. As awhole, the parallel magnetic field shows a positive effect on the properties of the coating. A compact coating is obtained on the surface of NdFeB through the MFE, and the corrosion resistance of the sample prepared under the parallel magnetic field shows the best, followed by the sample under vertical magnetic field, which is better than that of the Ni coating prepared without magnetic field.KEY WORDS: sintered NdFeB; electrodeposition; magnetic field intensity; surface topography; corrosion resistance钕铁硼（NdFeB）作为第三代永磁材料，逐渐发展成为应用范围广、发展速度快、综合性能优的磁性材料，在新能源汽车、节能家电、消费电子、清洁能源等领域受到广泛应用，具有广阔的应用前景，但由于其稳定性和耐蚀性差，在实际应用中受到限制[1-4]。
电沉积纳米晶Ni-Co合金镀层腐蚀磨损性能的研究
一
４ｍ， ｃ 沉积时间 ３ 。电沉积 后将镀 层从基 体上 机械剥离 ， ｈ 获 得 ５ ｍ ４ ｒ ｎ ０ １ ｍ 的薄片试样 。 ０ ｍ Ｘ ０ ｉ × ．ｍ ａ 用 Ｈ １０ Ｘ一 ０ ０型 维 氏显微硬 度计 测定镀 层 硬度值 。采 用 Ｔ Ｍ观察镀层 组织结构 。用 Ｅ Ｓ Ｅ Ｄ 分析镀层成分 。 采用 Ｃ Ｉ ０ Ｈ６ Ｃ型电化学 工作站分别测定不同含 ｃ 量的 ６ ｏ 纳米晶 Ｎ — ｏ ｉ ｃ 合金镀层在两种腐蚀溶液中的极化曲线。
～
２
２ ｇ １ ， ｏ ｈ ・ Ｈ Ｏ（ ０／） Ｃ Ｃ ６ ２ ２—８ ｇ１ ， Ｃ Ｃ ３Ｃ （ Ｈ） Ｏ ／） ２ Ｏ ０ ３ ｏ Ｏ ２・
１ ． 贴有试样 的摩擦块 ；． ２摩擦环 ；． ３腐蚀介质
６ ２ （ — ０／）Ｎ ２ＯＨ（ ｔ０／） 以硼 酸 （０／） Ｈ０ ０ ８ｇ１ ，Ｈ Ｓ ３ Ｏ～ ２ｇ１， ３ｇ１作 为ｐ Ｈ缓冲剂 ， 十二烷 基硫 酸 钠 （ ． １作 为润 湿 剂 ， 精 ０１ ） 糖 （．ｇ１作为应力减 缓剂 和晶粒 细化剂 。实验 中所用 药 品 ２５／） 均为分析纯 ， 镀液用 去离子水 配制 。镀 液 的 ｐ Ｈ值控 制在 ３ ３５沉 积温度 ６℃ ， ．， ０ 采用 磁力 搅拌 器搅 拌 。脉 冲 电源为 Ｓ Ｄ一 ０型 数 控 双 脉 冲 电镀 电源 ， Ｍ ３ 电流 密 度 为 （ ５～１ ） Ｏ
第２ ４卷第 ５期
电沉积纳米晶 Ｎ — ｏ ｉ Ｃ 合金镀层腐蚀磨损性能的研究
谢 宇 玲
（ 福建船政交通职业学院 ， 福州 ３ ００ ） ５ ０ ７
摘 要： 通过脉 冲电沉积方法制备 纳米晶 Ｎ —ｃ 合金镀层。利 用 Ｔ Ｍ、 Ｄ ｉ ｏ Ｅ Ｅ Ｓ等观 察分析镀层的组织结构和化
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doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.02.014电沉积制备Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层的研究王一雍，苏建铭，韩楚菲，金辉，张峻巍，宋华，李继东(辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山114051)摘要：采用电沉积工艺制备了Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层，利用显微硬度仪测定了复合镀层的硬度，考察了电流密度、纳米Al2O3浓度、电镀温度及镀液pH对镀层硬度的影响，分别借助SEM分析技术及电化学测试技术对最大硬度镀层进行微观性能及耐蚀性能进行研究。
结果表明，纳米Al2O3弥散分布在镀层中，复合镀层晶粒进一步细化，耐蚀性显著提高。
关键词：纳米复合镀；电沉积；Ni-Co合金镀层；硬度；耐蚀性中图分类号：TF803.21 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2015）02-0000-00Study of Preparation of Ni-Co-Al2O3 Nanocomposite Coating by Electro-depositionWANG Yi-yong, SU Jian-ming, HAN Chu-fei, JIN Hui, ZHANG Jun-wei, SONG Hua, LI Ji-dong（Laser Advanced Manufacturing Technology Center, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051,Liaoning, China)Abstract: Ni-Co-Al2O3 nanocomposite coating was prepared by electro-deposition. The hardness was determined by micro-hardness tester. The effects of current density, concentration of nano-Al2O3particle, and temperature and pH value of plating solution on hardness of coating were investigated. The microstructure and corrosion resistance of the coating with the highest hardness value were investigated by SEM and electrochemical testing. The results indicate that nano-Al2O3 particles distribute in coating, grain of composite coating is further refined and performance of corrosion resistance is obviously improved.Key words：nanocomposite coating; electro-deposition; Ni-Co alloy coating; hardness; corrosion resistance镍钴合金镀层受热后表层陶瓷化，在较高温度下能形成稳定的高硬度耐磨表面，适用于铜板表面温度较高和缓冷却型结晶器铜板[1-4]。
目前这一技术已在美国、澳大利亚、加拿大等国广泛应用，我国鞍钢、宝钢、本钢、邯钢、首钢、莱钢、济钢、凌钢等钢厂也有应用，王红和杨明铎等[5-6]在结晶器上制备了Ni-Co电镀层，此镀层高温下耐磨性和耐蚀性好，其拉坯寿命比镍铁镀层的拉坯寿命增长了20%~100%。
宝钢原采用Ni+Cr复合镀层，镀层易腐蚀脱落，后采用镀镍钴合金镀层后使用寿命大幅度提高。
但是钴的成本太高，因而镀层的制造成本高。
同时其硬度较高且镀层应力大，使镀层抗交变性能较差，从而使镍钴合金的应用受到限制[7-9]。
电沉积[10-13]工艺已应用于制备金属和合金镀层。
本文在利用电沉积工艺制备钴镍合金镀层的同时，将Al2O3纳米颗粒引入到Ni-Co合金中，利用弥散分布的纳米Al2O3对位错强化及应变强化效应，提高位错在滑移面的运动阻力，增强晶界的强化作用，从而得到高硬度、高耐磨、抗高温耐腐蚀的Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层。
探讨了温度、阴极电流密度、镀液中纳米Al2O3浓度及pH等工艺参数对镀层显微硬度的影响，并分析了镀层的微观性能及耐蚀性能。
1 试验1.1 基材预处理以80 mm×50 mm×10 mm的镍板为阳极，阴极为25 mm×25 mm×5 mm紫铜板。
预处理：打磨─碱洗（50 g/L NaOH，30 g/L Na3PO4，20 g/L Na2CO3，60~70 ℃，20~ 0 min）─水洗─酸洗（10%~15%盐酸，室温）─水洗─活化─水洗─电镀。
1.2 Ni–Co–Al2O3复合电镀工艺采用WYJ-2直流稳压电源，镀液温度由速度可控的HJ-5恒温磁力搅拌器控制。
所用纳米Al2O3的平均粒径为40 nm。
镀液组成：NiSO4•6H2O 200~300 g/L、CoSO4•7H2O 4~5 g/L、NiCl2•6H2O 40~50 g/L、H3BO3 20~40 g/L、Al2O3 1.0~2.5 g/L、十二烷基硫酸钠0.04~0.06 g/L。
工艺条件：pH 3.8~5.3、电流密度1~5 A/dm2、温度40~80 ℃、电镀时间60 min。
收稿日期：2014-08-20基金项目：鞍山市百千万科技创新工程项目(2012S05)；鞍山市科技计划项目（2012S08）作者简介：王一雍（1980-），男，辽宁鞍山人，博士，副教授.1.3 测试分析采用JSM-6480LV 扫描电镜观察镀层的微观形貌，并用其附带的能谱仪分析镀层的元素组成。
采用HX-1000TM/LCD 显微硬度仪测定镀层的显微硬度，每个试片测5个点，取其平均值。
采用PGSTA302电化学测试系统测试动电位极化曲线，Ni-Co 和Ni-Co-Al 2O 3镀层（规格均为25 mm×25 mm×5 mm ）分别为工作电极，铂片为辅助电极，232型饱和甘汞电极（SCE ）为参比电极，腐蚀溶液为质量分数3.5%的氯化钠溶液，温度为室温，扫描速率0.099 975 V/s 。
2 结果与分析2.1 电流密度对镀层性能的影响在搅拌速率为300 r/min 、pH=4.8、温度70℃、钴盐含量3 g/L 、纳米粒子浓度5 g/L 的条件下，阴极电流密度与镀层硬度及腐蚀电流的关系曲线如图1所示。
12345320325330335340硬度腐蚀电流电流密度/(A ·dm -2)硬度/H V0.00.20.40.60.81.01.2腐蚀电流/10-6A图1 电流密度对镀层硬度及耐蚀性的影响Fig.1 Effect of current density on hardness and corrosion resistance of coating从图1可看出，随着电流密度的增大，镀层的硬度总体呈上升趋势，镀层的腐蚀电流呈下降趋势，即在试验数据范围内镀层的耐腐蚀性随着电流密度的增大而提高，当电流密度达到5 A/dm 2时，镀层的硬度和耐蚀性达到最大。
这是因为，当电流密度较低时，阴极过电位较小，形核率较低，所形成的镀层晶粒较为粗大，而随着电流密度的增大，阴极过电位也随之不断提高，形核率增大，形成了具有较为细小晶粒的镀层，产生了一定的细晶强化作用，使得镀层的硬度和耐蚀性都随着电流密度的提高而提高。
图2为不同电流密度下镀层的交流阻抗图。
5001000150020002500300035001000200030004000500060001 A/dm22 A/dm23 A/dm24 A/dm25 A/dm2Z ''/ΩZ'/Ω图2 不同电流密度下镀层的交流阻抗图Fig.2 Alternating current impedance diagram of coating under different current density图2中的交流阻抗曲线都只有一个容抗弧，只是容抗弧的大小有所不同。
电流密度为1 A/dm 2时容抗弧半径最小，电流密度为5 A/dm 2时容抗弧半径最大。
容抗弧半径随着电流密度的增大而增大，说明镀层的阻抗随着电流密度的增大而增强，即镀层的耐蚀性也随着电流密度的增大而提高，这与图1中的腐蚀电流变化规律基本一致。
因此，适宜的电流密度为5 A/dm 2。
2.2 纳米粒子浓度对镀层性能的影响在转数300 r/min 、pH=4.8、电流密度5 A/dm 2、钴盐浓度3 g/L 、镀液温度50 ℃的条件下，纳米粒子浓度对镀层硬度及腐蚀电流的影响如图3所示。
0.00.51.01.52.0 2.53.0320340360腐蚀电流/10-6A硬度腐蚀电流Al 2O 3浓度/(g ·L -1)硬度/H V123456图3 纳米粒子浓度对镀层硬度及耐蚀性的影响Fig.3 Effect of concentration of nano-Al 2O 3 particle on hardness and corrosion resistance of coating由图3可知，随着镀液中纳米粒子浓度的提高，镀层的硬度总体呈上升趋势，镀层的腐蚀电流呈下降趋势。
不含纳米粒子的镀层的硬度及耐蚀性较差。
图4为不同纳米粒子浓度下镀层的交流阻抗图。
500100015002000250030003500-500050010001500200025003000350040004500 0.0 g/L 1.0 g/L 1.5 g/L 2.0 g/L 2.5 g/LZ ''/ΩZ'/Ω图4 不同纳米粒子浓度下镀层的交流阻抗图Fig.4 Alternating current impedance diagram of coating under different concentration of nano-Al 2O 3 particle从图4可看出，镀层的阻抗随着纳米粒子浓度的提高而增强，即镀层的耐蚀性也随着纳米粒子浓度的提高而增强，这与图3中的腐蚀电流变化规律基本一致。
Ni-Co 合金镀层及掺杂了纳米粒子的Ni-Co-Al 2O 3复合镀层的微观形貌如图5所示。
图5 纳米粒子浓度为0(a)和2 g/L(b)时镀层的微观形貌图Fig.5 Microstructure of coating with concentration of nano-Al 2O 3 particle of 0 (a) and 2 g/L (b)由图5可见，未掺杂纳米粒子的表面疏松、粗糙，有明显的裂纹以及很多不规则的块状和颗粒状突起。